(57)【要約】      （修正有）【課題】カーボンナノファイバーの含量や複合体の大きさをコントロール可能で、量産に向く金属・カーボンナノファイバー複合体およびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る金属・カーボンナノファイバー複合体は、溶融金属にカーボンナノファイバーが混入され、該複合物が粒子化され、かつ固化されて成る。また本発明に係る金属・カーボンナノファイバー複合体の製造方法は、不活性ガス雰囲気中で、溶融金属を流下口１４ａから流下させ、該流下する溶融金属に向けて、カーボンナノファイバーが混入された圧縮不活性ガスを高速で吹き付けることによって、溶融金属にカーボンナノファイバーを混入させると共に粒子化することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属にカーボンナノファイバーが混入され、該複合物が粒子化され、かつ固化されて成る金属・カーボンナノファイバー複合体。
【請求項２】
前記金属がアルミニウムもしくはその合金であることを特徴とする請求項１記載の金属・カーボンナノファイバー複合体。
【請求項３】
前記金属がマグネシウムもしくはその合金であることを特徴とする請求項１記載の金属・カーボンナノファイバー複合体。
【請求項４】
不活性ガス雰囲気中で、溶融金属を流下口から流下させ、該流下する溶融金属に向けて、カーボンナノファイバーが混入された圧縮不活性ガスを高速で吹き付けることによって、溶融金属にカーボンナノファイバーを混入させると共に粒子化することを特徴とする金属・カーボンナノファイバー複合体の製造方法。
【請求項５】
不活性ガス雰囲気中で、溶融金属にカーボンナノファイバーが混入された複合物を流下口から流下させ、該流下する複合物に向けて、圧縮不活性ガスを高速で吹き付けることによって、複合物を粒子化することを特徴とする金属・カーボンナノファイバー複合体の製造方法。
【請求項６】
前記複合物を密閉容器中に収納し、該密閉容器を揺動させて複合物を撹拌しつつ、密閉容器内を不活性ガスで加圧して密閉容器に設けた流下口から複合物を流下させることを特徴とする請求項５記載の金属・カーボンナノファイバー複合体の製造方法。
【請求項７】
不活性ガス雰囲気中で、溶融金属にカーボンナノファイバーが混入された複合物を流下口から、該流下口下方で水平面内で高速で回転する回転円板の中心部上に流下し、複合物を回転円板の周辺に粒状に飛散させることを特徴とする金属・カーボンナノファイバー複合体の製造方法。
【請求項８】
前記複合物を密閉容器中に収納し、該密閉容器を揺動させて複合物を撹拌しつつ、密閉容器内を不活性ガスで加圧して密閉容器に設けた流下口から複合物を流下させることを特徴とする請求項８記載の金属・カーボンナノファイバー複合体の製造方法。
【請求項９】
前記金属がアルミニウムもしくはその合金であることを特徴とする請求項４〜９いずれか１項記載の金属・カーボンナノファイバー複合体の製造方法。
【請求項１０】
前記金属がマグネシウムもしくはその合金であることを特徴とする請求項４〜９いずれか１記載の金属・カーボンナノファイバー複合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属・カーボンナノファイバー複合体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノファイバーは、例えば金属中に混入した複合材料として、各種摺動材や放熱材などに用いられている。この複合材料の製法は、溶融金属中に微細炭素繊維を添加し、撹拌、混合するという手法が一般的に考えられる。しかしながら、上記方法では、金属と微細炭素繊維とでは比重が大きく異なることやカーボンナノファイバーが溶融湯金属に濡れ難いという性質があることから、微細炭素繊維を均一に溶融金属中に分散するのは極めて困難であるという課題がある。
また、めっき液中にカーボンナノファイバーを分散させて電解めっきを行い、粒状にめっき物が析出する際、このめっき物内にカーボンナノファイバーが取り込まれるようにして、金属とカーボンナノファイバーとの粒状の複合体を得られるようにした技術が開発されている。
しかしながら、上記方法では、工業的量産に向かないという課題がある。
【特許文献１】特願２００２−３２０４０７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで本発明は上記課題を解決すべくなされたもので、その目的とするところは、カーボンナノファイバーの含量や複合体の大きさをコントロール可能で、量産に向く金属・カーボンナノファイバー複合体およびその製造方法を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る金属・カーボンナノファイバー複合体は、溶融金属にカーボンナノファイバーが混入され、該複合物が粒子化され、かつ固化されて成る。
前記金属は、アルミニウムもしくはその合金、マグネシウムもしくはその合金が好適である。
【０００５】
また本発明に係る金属・カーボンナノファイバー複合体の製造方法は、不活性ガス雰囲気中で、溶融金属を流下口から流下させ、該流下する溶融金属に向けて、カーボンナノファイバーが混入された圧縮不活性ガスを高速で吹き付けることによって、溶融金属にカーボンナノファイバーを混入させると共に粒子化することを特徴とする。
【０００６】
また本発明に係る金属・カーボンナノファイバー複合体の製造方法は、不活性ガス雰囲気中で、溶融金属にカーボンナノファイバーが混入された複合物を流下口から流下させ、該流下する複合物に向けて、圧縮不活性ガスを高速で吹き付けることによって、複合物を粒子化することを特徴とする。
上記工程において、前記複合物を密閉容器中に収納し、該密閉容器を揺動させて複合物を撹拌しつつ、密閉容器内を不活性ガスで加圧して密閉容器に設けた流下口から複合物を流下させるようにすると好適である。
【０００７】
またさらに本発明に係る金属・カーボンナノファイバー複合体の製造方法は、不活性ガス雰囲気中で、溶融金属にカーボンナノファイバーが混入された複合物を流下口から、該流下口下方で水平面内で高速で回転する回転円板の中心部上に流下し、複合物を回転円板の周辺に粒状に飛散させることを特徴とする。
前記複合物を密閉容器中に収納し、該密閉容器を揺動させて複合物を撹拌しつつ、密閉容器内を不活性ガスで加圧して密閉容器に設けた流下口から複合物を流下させるようにすると好適である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、カーボンナノファイバーの含量や複合体の大きさをコントロール可能で、量産に向く金属・カーボンナノファイバー複合体およびその製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、製造装置１０の一例を示す説明図である。以下、この製造装置１０の説明と併せて複合体の製造方法を説明する。
１２は公知の構造からなる、例えば高周波溶解炉であり、適宜部材（図示せず）に傾倒可能に支持され、投入された金属を溶融させる。
１４は流下口１４ａを有する貯留槽であり、高周波溶解炉１２から溶融金属が供給され、流下口１４ａから所要量ずつ溶融金属を下方に流下させるようになっている。
【００１０】
高周波溶解炉１２、貯留槽１４は密閉箱体１６内に配設されている。１７は排気口、１８は給気口であり、排気口１７から密閉箱体１６内の空気を排出し、給気口１８から窒素、アルゴン等の不活性ガスを密閉箱体１６内に供給するようになっている。１７ａ、１８ａはバルブである。また１６ａは蓋体である。
稼動中は、密閉箱体１６内は不活性ガスで満たされる。
【００１１】
２０は、流下口１４ａ下方に設けられたアトマイズ室で、流下口１４ａ下方を覆うように筒状に設けられている。アトマイズ室２０の下端部には捕集室２１が設けられている。２１ａはバルブである。
２２は圧縮ガス供給パイプであり、その先端側は、貯留槽流下口１４ａ直上に配設され流下口１４ａに向かい圧縮ガスを噴出させる。先端部はノズル２３に形成されている。
【００１２】
圧縮ガス供給パイプ２２の他端側はカーボンナノファイバーとアルゴン等の不活性ガスを混合する混合器２４に接続されている。混合器２４には、高圧のアルゴン等の不活性ガスタンク２５から圧力調整器２６および流量調整バルブ２７を経て不活性ガスが所定量供給されると同時に、カーボンナノファイバーを貯留したタンク２８から所要量ずつのカーボンナノファイバーが供給される。カーボンナノファイバー貯留タンク２８にはアルコールなどの揮発性液体に混ぜられたカーボンナノファイバーが充填され、この混合液が、高圧のアルゴン等の不活性ガスタンク２９から、圧力調整バルブ３０を経て供給される不活性ガスにより貯留タンク２８から押し出され、流量調整バルブ３１を経て混合器２４に供給される。
【００１３】
カーボンナノファイバーが混入された不活性ガスは、混合器２４に接続されたパイプ２２を経てノズル２３から吹き出される。
ノズル２３は、例えば流下口１４ａから細い線状に流下する溶融金属の流れに沿って下方に向けて不活性ガスをカーボンナノファイバーと共に高速で吹き出すのである。このようにすることで、霧吹きの原理により溶融金属は粒子化し、その際同時に粒子化された溶融金属にカーボンナノファイバーが取り込まれるのである。
【００１４】
上記のように、カーボンナノファイバーが所要量取り込まれると同時に粒子化した溶融金属は、アトマイズ室２０内を落下する間に固化し、粒状複合体として捕集室２１内に捕集される。
３２はサイクロンであり、アトマイズ室２０下部に接続され、アトマイズ室２０内に浮遊する残留カーボンナノファイバーを収集し、パイプ３３から回収する。サイクロン３２の下部にも捕集室３４が設けられ、比較的小径の複合体が捕集される。２１ａ、３４ａはバルブである。
【００１５】
３５は不活性ガス供給パイプであり、アトマイズ室２０に接続されている。この不活性ガス供給パイプ３５、サイクロン３２を用いてアトマイズ室２０内を不活性ガスでパージできる。なお、３３ａ、３５ａはバルブである。
【００１６】
複合体の製造時（稼動時）には、密閉箱体１６内、およびアトマイズ室２０内は不活性ガス雰囲気下に維持される。
金属は、アルミニウムまたはその合金、マグネシウムまたはその合金等の比較的融点の低い金属が好適であるがこれに限られることはない。
得られる複合体の大きさは、流下する溶融金属の流量や、ノズル２３から吹き出す圧縮不活性ガスの速度を調整することによって調整可能である。速度を大きくすることによってより微粒子化が可能となる。
複合体の大きさ（直径）は特に限定されず、数１０μｍのものから数ｍｍの大きさのものまで製造が可能である。
【００１７】
また、カーボンナノファイバーの混入量は、混合器２４内に供給するカーボンナノファイバーの量を流量計などで計測して、調整することでコントロール可能となる。  もちろん、供給したカーボンナノファイバーの全部が溶融金属に取り込まれるものではなく、相当量がサイクロン３２を経て回収されるから、あらかじめ、供給量と取り込まれる量との関係を計測して把握しておくとよい。
【００１８】
上記では、カーボンナノファイバーを圧縮不活性ガスと共に、流下する溶融金属の流れの中に吹き付けるようにして粒子化した溶融金属内に取り込むようにしたが、あらかじめカーボンナノファイバーを高周波溶解炉１２中に供給して、溶融金属中に混入させ、この溶融金属とカーボンナノファイバーとの複合物を流下口１４ａから流下させるようにしてもよい。したがって、この場合には、圧縮ガス供給パイプ２２からは不活性ガスのみを流下する複合物に向けて吹き付けるようにする。このようにすることで、カーボンナノファイバーを確実に溶融金属中に配合できるから、得られる複合体中のカーボンナノファイバーの含量をより正確にコントロールできる。
【００１９】
図２、図３は、高周波溶解炉１２の他の実施例を示す。図２はその正面図、図３は底面図を示す。
本実施例ではこの高周波溶解炉１２を密閉容器で構成し、この高周波溶解炉１２の底部中央に流下口１４ａを設けている（図３）。従って当該高周波溶解炉１２は図１に示した貯留槽１４と一体の構造体を成している。
そして、流下口１４ａを取り囲むようにして密閉容器の下部に枠状体４０を取付け、この枠状体４０の両側に回動軸４１を取り付け、この回動軸４１を密閉箱体１６の壁部に回動自在に軸受けさせて、これにより、図２の矢印で示すように、溶解炉１２を鉛直面内で水平軸を挟んで上下に所要の角度で往復回動するようにしている。４２はその駆動用のモータである。溶解炉１２の回動の際、流下口１４ａの位置は常に一定となるように、両回動軸４１を結ぶ線がこの流下口１４ａを通るようにする。
【００２０】
本実施例では、上記密閉容器からなる溶解炉１２を図１の貯留槽１４の位置に配置する。そして、上記と同様に、あらかじめカーボンナノファイバーを高周波溶解炉１２中に供給して溶融金属中に混入させ、溶解炉１２を上記のように揺動、回動させながら、この溶融金属とカーボンナノファイバーとの複合物を流下口１４ａから流下させるようにするのである。流下口１４aは溶融金属とカーボンナノファイバーとの複合物が均一に混合する適切な時間まで圧縮不活性ガス供給パイプ２２により閉栓されている。そして所定時間を経過した後、パイプ２２を上昇、開栓し同時にノズル２３から圧縮不活性ガスを噴出させ、溶融金属とカーボンナノファイバーとの複合物を流下口１４ａから流下させる。
【００２１】
このように溶解炉１２を揺動させて内容物を撹拌することによって、溶融金属中に均一にカーボンナノファイバーを分散させることができるから、より均一にカーボンナノファイバーが混入した複合体を得ることができるのである。特に、溶融金属がアルミニウムの場合には、カーボンナノファイバーと接触していると両者の界面に脆弱な炭化アルミニウムが生成され、複合体となした際のカーボンナノファイバーの強度を低下させるが、常時撹拌することによって炭化アルミニウムの成長が抑制されるので好適である。
溶解炉１２は、上記のように鉛直面内で往復揺動させるようにするのが撹拌効果が高くて良好であるが、水平面内で往復回動させるようにしてもよい。あるいは、鉛直面内と水平面内双方で揺動する複合型の揺動機構に構成してもよい。
【００２２】
図４は製造装置１０のさらに他の実施例を示す。図１に示すのと同じ部材は同一の符号で示し、説明を省略する。
本実施例では、上記のような霧吹き法により溶融金属を粒状化するのではなく、いわゆる遠心アトマイズ法により粒状化させる。そのために、アトマイズ室２０内の、流下口１４ａ下方に、水平面内で高速で回転する回転円板４５を配置する。４６はその駆動部であり、支持アーム４７によりアトマイズ室２０内に支持されている。
回転円板４５は、モータボックス４８内に配置された駆動モータ４９によって回転されるシャフト５０に固定され、水平面内で回転される。
【００２３】
本実施例では、不活性ガス雰囲気中で、溶融金属を流下口１４ａから、該流下口１４ａ下方で水平面内で高速で回転する回転円板４５の中心部上に流下させる。これにより、溶融金属は回転円板４５の周辺に粒状に飛散する。そして、得られる複合体の大きさは、流下口１４ａから流下される溶融金属の流量や回転円板４５の回転速度を調整することによって調整可能である。回転円板４５の回転速度を大きくすることによってより微粒子化が可能となる。
複合体の大きさ（直径）は特に限定されず、数１０μｍのものから数ｍｍの大きさのものまで製造が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】複合体の製造装置の実施例を示す説明図である。
【図２】高周波溶解炉の他の実施例を示す正面図である。
【図３】図２の高周波溶解炉の底面図である。
【図４】複合体の製造装置の他の実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  製造装置
１２  高周波溶解炉
１４  貯留槽
１６  密閉箱体
１７  排気口
１８  給気口
２０  アトマイズ室
２１  捕集室
２２  圧縮不活性ガス供給パイプ
２３  ノズル
２４  混合器
２５  高圧不活性ガスタンク
２６  圧力調整器
２７  流量調整バルブ
２８  貯留タンク
２９  高圧不活性ガスタンク
３０  圧力調整器
３１  流量調整バルブ
３２  サイクロン
３４  捕集室
４５  回転円板
４６  駆動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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